[3D프린팅] 3D프린팅 기술과 금속 3D프린팅

3D프린팅은 적층제조(Additive Manufacturing, AM)이라고도 불리우며 소재를 깍아서 만드는 기존의 절삭가공(Subtractive Manufacturing, SM) 제조방식과는 대조되는 개념입니다. 2000년대 이후 3D프린팅 장비와 기술의 대중화가 실현되었지만 실제로 적층가공의 개념이 적용된 3D프린팅 장비는 1980년대 처음 만들어졌다고 하니 실로 오래된 기술이 아닐 수 없습니다.

제품의 생산을 위한 별도의 금형이 요구되지 않으며 설계 도면대로 제품을 생산할 수 있어 다품종 소량생산이 가능하다는 특장점이 있습니다. 또한, 폴리머, 금속, 종이 등 다양한 소재를 통해 정밀 제품을 효율적으로 제작할 수 있어 차세대 제조산업 기술로 각광받고 있습니다. 현재는 3D프린팅 기술에 대한 관심이 급속하게 부각됨에 따라 전자, 항공, 자동차, 의료, 건축 등에 상용화 및 성공사례가 발표되며 다양한 산업 전방위로 수요가 확대되고 있는 추세 입니다.

(주)HS하이테크의 금속 3D프린팅 공정

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3D프린팅 기술의 특장점

새로운 제조의 패러다임, 3D프린팅

(주)HS하이테크의 금속 3D프린팅 제품

1. 설계의 자유도 - AM은 정형화되지 않은 어떤 기하학적 형상도 제조가 가능합니다.

2. 공구 작업 불필요 - 제조 공정 중 다른 공구의 사용을 최소화하여 최종 제품의 제조가 가능합니다.

3. 낭비의 최소화 - 최종 형상에 근접하게 출력하여 절삭 가공 등을 통한 재료의 손실을 최소화하고, 경량 설계가 가능합니다.

4. 복잡성과 다양성 - 형상의 복잡성에 관계 없이 제조 비용이 일정하며 설계 변경또한 용이합니다.

5. 부품 최적화 - 다수의 부품을 하나의 형상으로 통합하여 조립 공정의 생략은 물론 이에 따른 경량화와 고강성화가 가능합니다.

6. 제조 공정 단축화 -​ 다수의 부품을 한번의 공정으로 제조가 가능합니다.

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소재에 따른 다양한 3D프린팅 기술

3D프린팅 방식은 소재에 따라 다양한 방식으로 구분

3D프린팅은 사용하는 소재와 소재의 특성에 따른 의존도가 높기 때문에 이에 따라 다양한 기술 방식이 활용됩니다.

3D프린팅 기술	방식	활용소재	특징
VAT Photopoly Merization	수조(VAT)에 액상의 형태의 포토폴리머에 빛을 조사하여 과활성 중합을 유도하는 방식	포토폴리머 세라믹	신속한 공정 높은 정밀도 저렴한 비용
BJ (Binder Jetting)	파우더 형태의 소재 위에 접착제를 분사하여 파우더를 결합하는 방식	금속 폴리머 세라믹	광범위한 재료 적용 저렴한 비용
MJ (Material Jetting)	방울 형태의 액상 재료를 토출한 후 자외선 등으로 굳히는 방식	포토폴리머 왁스	신속한 공정 높은 정밀도 합리적인 비용 다중 재료 사용 가능
ME (Material Extrusion)	고온으로 가열한 소재를 노즐을 통해 압출하여 형상을 출력하는 방식	풀리머	신속한 공정 부피가 큰 형상 제작 가능
DED (Direct Energy Deposition)	강하게 집속된 열에너지로 재료를 녹여 증착하는 방식	금속 (파우더, 화이어)	실시간 합금화 높은 표면강도 용이한 유지보수
PBF (Powder Bed Fusion}	파우더 베드 위에 위에 레이저나 전자빔 등 열에너지를 특정 영역에 쏘아 결합하는 방식	금속 폴리머 세라믹	높은 정밀도 99.5% 이상의 높은 밀도 ​
Sheet Lamination	얇은 필름 형태의 재료를 열 또는 접착제 등으로 붙여가며 제작하는 방식	하이브리드 금속 세라믹	부피가 큰 형상 제작 가능 복합재 생산 가능 안정적인 기술

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금속 소재에 특화된 3D프린팅 기술

PBF 방식의 금속 3D프린팅 기술은 가장 안정적인 품질을 보장

금속 3D프린팅 방식은 크게 3가지 형태로 구분됩니다. 그 중 PBF(Powder Bed Fusion)은 높은 정밀도와 밀도로 정밀한 품질이 보장되어 국내외 다양한 산업체에서 가장 활발하게 사용되는 금속 3D프린팅 기술입니다.

 

 

PBF 방식의 EOS사의 금속 3D프린팅 장비

금속 3D프린팅 기술	방식	주요기업
PBF (Powder Bed Fusion)	파우더 베드 위에 위에 레이저나 전자빔 등 열에너지를 특정 영역에 쏘아 결합하는 방식	EOS 3DSystems ARCMA
PFS (Powder Feeding System)	파우더 형태의 소재를 직접 공급하면서 레이저를 이용하여 적층하는 방식	Optomec
WFS (Wire Feeding System)	와이어 형태의 소재를 공급하면서 레이저(WLAM), 전자빔(EBAM), 아크(WAAM) 등의 에너지원을 이용하여 출력하는 방식

출처 : 김상훈, 심우중, 「제조혁신과 소재산업, 첨단소재와 3D프린팅을 중심으로」(산업연구원, ISSUE PAPER 2016-401, 2016)

출처 : 과학기술일자리진흥원, 「3D프린팅 시장 및 기술 동향」, 2019

출처 : 정보통신산업진흥원, 과학기술정보통신부, 「2018 3D프린팅 산업 실태조사」, 2018

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(주)HS하이테크에서는

3D프린팅 전문 엔지니어링 기술과

EOS사의 금속 3D프린팅 장비를 이용하여

산업에서 요구하는 최적의 3D프린팅솔루션을

제공하고 있습니다.

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